Holografiska tallrikar - Photonics Challenger Hackathon PhabLabs: 6 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

I början av detta år blev jag ombedd att delta i PhabLabs Photonics Hackathon på Science Center Delft i Nederländerna. Här har de en fantastisk arbetsyta med många maskiner som kan användas för att skapa något som jag normalt inte skulle kunna göra så enkelt.

När jag startade hackathon tänkte jag direkt att det skulle vara intressant att göra något med de CNC -lasermaskiner som finns där.

I verkstaden hade de en liten tänd akrylplatta som stod där och etsades med patentet på lego som gjorde ett slags hologram men bara ett lager så det var bara en 2D -bild. Detta fick mig att tänka på vad som skulle vara möjligt om jag skulle ta flera lager akryl och skapa en riktig 3D -holografisk bild.

Jag började med bara en sfär och det började verkligen se ut som en riktig upphängd sfär, lekte med belysningen och jag kom på idén om den då också skulle kunna spela med spektrumet av (vitt) ljus som byggs upp av rött grönt och blått ljus, skulle det faktiskt vara möjligt att skapa vitt ljus igen med dessa plattor bakom varandra, varje platta bara med primära ljusfärger, rödgrön eller blå.

Steg 1: Steg 1 Material och verktyg som behövs

Verktyg:

• CNC laserskärning och etsning maskin
• Lödkolv etc.
• Lim pistol
• 3D -skrivare (i tidig prototypfas)
• Plyer
• Kallers
• Slippapper

Programvara:

• Fusion 360
• Arduino IDE
• Cura

Material:

elektronik:

• Lysdioder (små tunna SMD3535 ledremsor för att få plattorna nära varandra)
• ESP8266
• 5v 10A strömförsörjning
• Kabeldragning, bara enkla tunna trådar för 5V -lysdioderna

material för "skulptur":

• 3 mm akryl (etsad i lasermaskin)
• Trä, laser för att montera lysdioderna på och stödja akryl
• 3D -tryck i tidig prototyp för LED -fäste och akrylstöd.
• material för att göra låda, jag använde foamboard i början för att göra en låda snabbt och senare laser CNC -skuren trä.

Steg 2: Steg 2: Laseretsning och belysningstestning

Det första jag ville testa var möjligheten att göra ett 3D -hologram med flera akrylplattor, med början med en sfär. bygga upp från flera plattor.

Jag skrev ut en enkel bas i PLA med min 3d -skrivare har jag själv och lade till några lysdioder som jag hade kvar.

Under denna process fick jag idén om det skulle vara möjligt att skapa vitt (ljus) om jag bara skulle färga lysdioderna rött grönt eller blått, med tre plattor i RGB skulle i teorin då bli vitt, men skulle det också fungera om det var skiktat.

Efter att ha monterat allt detta och tänt detta upptäckte jag att det faktiskt fungerade, det var inte perfekt vitt men det blandade definitivt färgerna i lagren bakom det.

Jag trodde att det kanske skulle fungera bättre om jag skulle byta från ett fast ets för att skapa formen till prickar så att ljuset skulle vara lättare att se över flera lager och faktiskt fungera som "pixlar" men sedan i 3D.

För att förbättra processen gjorde jag några testark med olika densitet av prickarna och använde också flera olika inställningar för att ställa in lasern på den perfekta etsningsstyrkan. Du måste ställa in lasern för mängden kraft den använder för att etsa, ju mer kraft du använder och ju långsammare du etsar kommer att skapa en djupare etsning, och inte alla fungerar lika bra som andra i denna situation. detta är olika för varje laser, jag skulle rekommendera att använda en ganska låg inställning, du behöver inte en djup etsning för denna skulptur.

Steg 3: Steg 3: Sista prototypen

För den sista prototypen bestämde jag mig för att göra akrylplattor på 20X20cm så att du kunde se lite mer detaljer i dem och få en bättre känsla av hur det kan se ut i större skala.

Jag gjorde en ljusmodul där jag kunde placera totalt 21 plattor i (7X3) eftersom jag ville använda den för att testa hur långt det skulle vara möjligt att gå, hur många plattor kunde placeras innan effekten går förlorad eller som jag hittade ut när blir det att bli "rörigt". Jag fick reda på att 12 skulle vara ett anständigt maximum, att gå högre resulterade i för mycket oskärpa.

Jag testade och lekte också med avståndet mellan plattorna, genom att hoppa över en platta en gång fördubblas avståndet mellan plattorna och vidare, här fick jag också reda på att detta är ganska avgörande, när avståndet ökas förändras effekten också. Vad jag tror att det händer är att ögonen med större avstånd är bättre möjliga att upptäcka djupet. Detta resulterar då i att färgerna blandas mindre.

Ljus "plattan" har en ljusremsa med 9 lysdioder för varje plattdatalinje som går fram och tillbaka i sicksack, med 5v kraftledningar på varje sida, + linje på ena sidan och - linje på andra sidan, vilket gör att det också är ganska lätt att fixa.

5V 10A strömförsörjning används för att driva lysdioderna och ESP8266 på en gång.

För ESP gjorde vi en kod med lite hjälp från mer skickliga kodare vid hackathon, den här biten var också en övning i kodning för mig. Koden jag så småningom använde är en kod som bleknar alla plattor som en gång från RGB till GRB till BRG och tillbaka till RGB igen i en kontinuerlig slinga. Gruppering av LED -kontrollen per 9 lysdioder så att varje platta skulle ha en färg, koden styr 12 plattor/resor de andra är bara inaktiva eftersom jag inte behövde dem. Jag lade till koden här.

Jag försökte också styra lysdioderna med wifi på ESP med artnet och madmapper, men var inte nöjd med resultatet ännu, detta borde fungera bra men jag skulle först behöva ha lite bättre förståelse för dessa "kartläggning" tekniker.

Steg 4: Lärdomar

Det första jag lärde mig var att arbeta med CNC -laserskäraren och graveraren. Tidigare använde jag dessa tekniker för att göra modeller men jag tog mig aldrig tid att titta närmare på den mer exakta inställningen, speciellt stämningen av graveringen/etsningen. Att få reda på att detta gör en stor skillnad för den resulterande ljusintensiteten, och att inte bara betyda att en "djupare" gravyr är bättre, jag behövde hitta balansen mellan etsning precis tillräckligt men inte för mycket.

För det här projektet ville jag också ha det som ett fristående objekt så med en kodad ESP i det här fallet som styr lysdioderna utan någon annan ingång som behövs, också för att jag ville få en bättre förståelse för kodning, tidigare gjorde jag några riktigt enkel kodad, och koderna för den här biten är fortfarande inte riktigt komplexa, men när jag startade detta hackathon var delar av detta fortfarande helt nya.

Efter dessa tillverkningstekniker kom det till förståelse av ljuset. hur skulle den här blandningen och skulle den till och med blanda sig? Fick reda på att arbeta med prickar istället för en helt graverad form, vilket skapar "pixlarna" som tidigare nämnts. Först fick jag reda på det som fungerar, men när jag ökade avståndet mellan plattorna minskade effekten faktiskt igen, uppfattningen av det mänskliga ögat som får det att fungera och blandar färgerna men också att något magiskt händer eftersom dina ögon inte kan greppa vad som händer, de kan inte fokusera verkligen på djupet. Men om avståndet mellan plattorna ökas kan dina ögon fokusera på djupet men då är magin borta.

Steg 5: Potentiella förbättringar

Den första förbättringen jag fortfarande arbetar med är att göra en bättre och mer komplex kod för att styra plattorna. Mitt mål är att ha flera inställningar och förkodade effekter som kan utlösas, det är därför jag också valde att använda en ESP för då kunde jag enkelt utlösa/styra dessa med wifi.

Vidare vill jag göra ett ljus för bara 12 tallrikar som jag så småningom valde att använda, biten jag gjorde nu är perfekt för denna fas av testning med avstånd och antal plattor etc, men nu valde jag att gå för 12 plattor som jag ska göra om en som är gjord för 12 plattor och gör också montering av lysdioderna lite bättre, nu sitter de där och håller på plats med improviserad skumplatta, över lång tid kommer det inte att vara bra för lysdioderna, jag skulle hålla dem på aluminium för bättre värmeledningsförmåga och ha dessa som moduler så om något skulle gå sönder kan en remsa enkelt tas ut och bytas ut.

För plattorna testar jag också fortfarande vad jag ska göra med sidorna, nu är sidorna bara exponerade och du kan se vilken färg de lyser, jag försökte bygga ett hölje runt hela biten men var inte nöjd med det eftersom det reflekterade tillbaka ljuset. Så jag började testa med några speciella 3D -tryckta profiler, måla kanterna eller använda reflekterande folie för att hålla ljuset "inuti" plattorna.

Steg 6: Ropa ut

Jag vill rikta ett särskilt tack till följande personer:

• Teun Verkerk för inbjudan att delta i hackathon
• Nabi Kambiz, Nuriddin Kadouri och Aidan Wyber, för hjälp och vägledning under hackathong. Hjälpte och förklarade alla maskiner och material som fanns till hands och Aidan hade stort tålamod med att förklara och hjälpa denna kodning noob.
• Chun-Yian Liew, en meddeltagare som också gjorde ett fantastiskt projekt. Chun hjälpte mig också ett par gånger när jag inte förstod vad som hände med kodning.